快锻液压机组的发展与应用

快锻液压机组的发展与应用

快速精炼机是近年来开发的一种自由精炼设备。自动化程度较高,在高速精整工序时锻造次数达100次/min左右,能对锻件尺寸进行精确控制,需要完备的辅助装置,必须有1～2台锻造操作机与其联动操作,利用计算机进行集中控制。因此该机组生产率高,特别适合锻造温度区窄的高强耐热合金钢的开坯或锻造,产量相当于2台同一能量级的蒸汽自由锻锤或普通自由锻水压机。但相应也带来了控制难度大,液压系统复杂等问题,这里先从工作环境及工艺要求方面分析对快锻液压机液压系统的要求。1液压泵的应用水泵蓄能器站传动的普通自由锻水压机也设有快锻机制。采用回程缸常通高压水形成差动系统,来提高压机锻造次数。齐齐哈尔钢厂的12.5MN压机靠人工操纵主分配器,锻造次数可达到近100次/min(原设计为68次/min);30MN水压机可达50～60次/min(原设计为35～45次/min)。但它们毕竟和新一代的快锻压机不同,这样高的锻造次数所引起的振动和噪声,使故障率增高。如管接头断裂,管卡子螺丝松动、断裂、充液系统焊接部件开裂等,增加了维修工作量,降低了生产率。快锻液压机由于是专门为快锻工艺进行设计的,其液压系统针对快速性和液压冲击性方面,和普通压机相比增加了以下特殊的措施:(1)目前中、小型快锻液压机以油介质直接传动居多。其原因是大功率变量液压泵的发展为快锻液压机提供了较理想的动力源。它可以按压机负荷的变化来改变压机的工作速度,从而使压机在工作行程结束时,工作缸内介质储存的多余能量较少,引起的冲击振动大为改善。为了解决锻造次数高带来的振动和完成锻件尺寸精度控制等要求,液压系统比较复杂。目前还只有油介质的高压变量泵和阀门元件比较成熟,能胜任工作(2)和普通压机一样,在精整锻造过程中,所需压力比镦粗时小得多,行程量也小。故采用回程缸和工作缸(3)广泛采用插装阀。该阀是锥面密封无泄漏式阀门。过流面积大,液体通流量大,开启行程小,质量轻,动态响应快,动作灵敏,启闭迅速,对快锻压机很适宜,能有效地达到高锻造次数和停位精度准确的目的。控制该插装阀的先导阀是配有特殊电磁铁的快速阀,其切换频率可高达250次/min。(4)快锻压机由于锻造次数高,为了达到高速运动时本体结构重心低和防火等目的,广泛采用下拉式结构,工作缸和回程缸都布置在地下。考虑到缩短泵站和压机之间的距离,减少建压时间,提高系统容积效率,整个泵站均设在紧靠工作缸的地下室。尤其是充液罐,工作缸的排液和充液均要与其连通,一般都紧挨工作缸设置。其控制阀站也都设在液压缸附近,使液压系统刚度大,动作灵敏。(5)普通液压机的工作缸进、排液管路均是同一根管道,所以当工作时,带来巨大动能的高压介质在管道内来回串动而引起冲击。而快锻压机把液压缸的进液和排液分开,使它们走两道,让液体在系统内沿单行道走环形回路。充液阀的卸压和排液功能也另辟通路,让第37卷2009年第8期排液阀组来承担,使充液阀真正成了只充液的单向阀。从而大大减少了液压冲击和振动。同时也使回程缸管路内液体不致严重发热。(6)进液阀按正弦曲线开启和关闭来分配流量。经试验减振效果很好。故快锻压机的工作缸进液阀可由口径不等的多个阀组成多级式主阀,由微机控制组合,按最佳匹配组合开启和关闭是减振的良好途径。也可直接采用按正弦曲线供液的变量液压泵作为油源。如联邦德国潘恩克公司(PAHNKE)设计的快锻压机液压系统中采用的伟普柯(WEPUKO)公司的RS350型可逆回转式径向活塞变量油泵。该泵的排量由0～100%所需时间为0.08s。(7)采用多级卸压和排液阀组(8)整个液压系统内各管道流速差异小,介质流速平稳,没有突变。相同功能的阀组合成集成阀块,使外接管路少,管路简洁、通畅。2工作缸卸压回流调整系统20MN快锻压机组其液压系统具备了上述快锻压机的典型特点。设计时考虑功能比较齐全,系统压力高(31.5MPa)、流量大,采用了(1)主要阀均采用液压插装阀。由于流量大,采用的阀口径大,用三级控制。工作缸和回程缸的进液阀组,先导级采用力士乐公司(Rexroth)的高速切换电磁球阀,从给出计讯号到缸内压力升到稳态只需0.02s。在快锻时从上停点转到快速下降,使120t重的活动框架达到180mm/s速度仅需0.12s。(2)工作缸卸压回程。首先通过先导球阀V5使C6插装阀快速向充液罐内卸压,当达到液动阀V4的调定压力时,使C7打开,从而使主排液阀C5打开,主缸内的液体排向充液罐。通过这种多级卸压,使工作缸迅速释放能量,大大减少了液压系统的冲击和降低了噪声。该公司提供的25/30MN快锻机组(安装在上钢五厂)液压原理也类同,只是由于工作缸容积更大,工作液体压力可增压到40MPa,在卸压时在液动阀V4前再增加一级卸压阀C7,见图2。(3)回程缸系统还设有插装阀C8等阀组,使框架在自重下快速下降;插装阀C10等阀组起支承平衡作用;C12阀组起回程系统的安全溢流作用;C11阀组能让框架慢速下降,上、下砧座置零;C13阀组为排液阀;C14阀组使回程缸和工作缸联通构成差动系统。(4)由于系统比较复杂、阀多,整个系统设有专门的循环冷却系统和精过滤系统来改善油介质的工作条件,提高系统可靠性。3国内快速挖掘机群自从1986年11月我国8MN快锻压机组投产以来,已陆续有10多套8MN和6.3MN快锻压机组投产,其液压系统简图见图34液压系统性能好由德国潘恩克公司与国内合作制造了2套30MN快锻压机组由于压机回程缸与蓄能器联通,因而压机向下行程为向蓄能器储存能量的过程,回程时(见图4),蓄能器连同主缸卸荷的能量通过主工作缸传给主泵,使泵处于液压马达状态,能量又返回系统,使泵和电动机转速升高,但其回程速度仍由主泵控制，按改进后正弦曲线变化。该液压机的液压系统功能完善,妥善地解决了压机和操作机的联动,锻件尺寸厚度公差可达±1mm,操作机钳杆旋转角度和大车步进精度较高,辅助动作配合协调,自动化程度高,是一台比较典型而且有代表性的快锻压机。3个缸由阀组控制其分级，得到16MN、25MN和30MN三级压力，系统的蓄能器使回程缸在快锻时保持高压压